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天津金瑞普换热设备有限公司

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 高温下换热器安稳长运行探讨顾达群(齐鲁石油化工股份有限公司,山东淄博255)从设计、制造、安装及操作几方面进行了论证和探讨,提出了解决问题的方法和建议。
  1存在问题乙苯/蒸汽过热器是苯乙烯装置中的关键设备,属高温下运行的换热器,它的安稳长运行一直是企业关注和探讨的问题,其工艺参数,。该进口设备从1989年10月至1993年间,多次发生换热管断裂事故,累计换热管断裂达根,断裂部位发生在管道与管板对接焊缝附近。1993年对该设备进行国产化技术改造,鉴于当时技术条件,改造内容仅涉及管束部位。换热管及管板改用188不锈钢,壳体仍用202 Cr1M o,管束与管板连接方式由深孔对接焊改为强度焊加贴胀。1994年6月,新设备正式投入生产运行。在运行3年多时间里,陆续又有近1 /2的换热管在端部鼓包开裂。为此1997年公司决定对该换热器再次进行技术改造。
  为焊缝首端、中部和尾部的焊缝、熔合区及母材热影响区。之后与母材一起加工,每去1 mm后,就重复上述检验。多层多道焊焊道重叠约50 ,其余同上。
  ( 2)试验结果无论是单道焊还是多层多道焊都是0面焊缝区位置(焊道下熔合区附近)硬度值最高,单道焊平均值HB~HB457,多层多道焊HB255~HB279.对刨层进行着色检验,用5倍放大镜观察,未发现裂纹。
  ( 3)模拟性试验基于上述原因及测量结果,预先增加了对坡口面堆焊隔离层措施。第一种全部采用埋弧焊(焊丝H10Mn2 /HJ350)堆焊隔离层,第二种采用手工堆焊隔离层(焊条J507)。堆焊及组焊接点情况见图2.
  ( 4)模拟试验结果分析从试验结果看,采用第一方案工艺,常温拉伸实验的接头抗拉强度明显低于标准值510 M Pa,断口大部分位于堆焊层处,少数位于焊缝处,其它性能正常。采用第二方案工艺,性能指标均能达到标准值。分析原因可以认为,埋弧焊堆焊线能量大,晶粒比较粗大,手工焊堆焊线能量小,晶粒比较细小,所以抗拉强度能达到标准值。
  4返修焊接工艺焊前预热120~150℃(整体进炉)→手工堆焊隔离层(焊条J507)→消氢处理→机加工→检验→加工坡口→组对焊接环缝→埋弧焊1→背面清根→埋弧焊2→消氢处理→检验→焊后热处理。
  5结语该设备投入运行5年多,运行状况良好。由此可见,采用堆焊隔离层的方法,可提高屈强比和碳当量高的厚大件焊接性能,从而提高产品的焊接质量。
  (孙编)石油化工设备名称管程壳程设计压力/M Pa设计温度/℃工作压力/M Pa工作温度/℃介质脱氢液及蒸汽乙苯气及蒸汽材质该设备不断发生换热管断裂事故,其主要原因有:①系统操作不稳定,温度波动频繁,导致换热器频繁热膨胀,使换热管与管板连接部位应力交替变化,造成管束与管板焊接处引发裂纹甚至撕裂。②由于管板较厚,质量较大,滑道内又有物料结焦,阻碍了管板的自由滑动,使管板倾斜,导致上下部分换热管伸缩不一,反复作用结果也使换热管开裂或拉断。
  ③换热器的正常工作温度是583℃,正处在换热器材料202 Cr1M o的回火脆性温度范围内,故材料有回火变脆倾向,脆而易裂。除上述原因外,管板与换热管焊接结构选择不当,亦是原因之一。
  2改进措施设计1998年,对该设备进行国产化改造,主要采取了如下措施:①换热器壳体、管板和管束均用188材料,以保证其线膨胀一致,且可避免202 Cr1Mo材料回火变脆倾向。②减小管板厚度,减小滑动阻力,促使管板滑动自如。③在浮动管板上增设4个支撑滑块,并适当加大预留间隙。④在换热器壳体上增设了2个热膨胀节和2个固定支座,补偿因壳体改用188材料后热膨胀量的增加,并在壳体上加2根刚度拉杆,以增加该部分的整体刚度。⑤入口侧和出口侧管板与管束间焊接分别采用深孔对接焊和内孔搭接焊形式。
  制造①加工管板要保证管孔与管板端面垂直度,允许垂直度公差不大于0. 1 mm.管孔直径公差符合板端面与轴线垂直,垂直度不大于0. 5 mm.管孔带规定,即允许孔桥宽度不小于9. 1 mm.②前后管板与管束间的焊接,采用了深孔对接焊和内孔搭接焊形式。深孔对接焊是国外应用于高温下换热管与管板结合的成熟经验与专利,它是采用先进的由瑞典ESAB公司生产的型自动氩弧焊机施焊,该技术成功地应用于口径小、无法填充金属、布管密集、施焊困难及焊接严格等场合。该设备及技术目前国内只有少数几个设备生产厂拥有。③换热器安装在保证设备不受外力干扰的自由状态下进行,其安装过程必须全部受控于国家颁发的专业施工验收规范。安装时不允许各接口配管在冷态下预紧。安装过程中膨胀节护板上所有螺母均为紧固状态,以保证其刚度。膨胀节本体不许设起吊点,现场管程入口大法兰组对时,螺柱能自由穿过,不得强力组对,以免膨胀节受附加外力。焊口严禁强力组对。
  操作在生产过程中工艺参数保持平稳是维持换热器安稳长运行的关键。操作波动即表示着物料出入量和物料温度发生变化(特别是飞温) ,会导致频繁热膨胀,使管板上管道连接部位应力交替发生变化,因而容易在较薄弱部位产生破坏,在装置的开停车过程尤为突出。为此,在操作过程中应注意:①脱氢液及蒸汽进入设备管程前,必须保证壳体内已有足量的乙苯/蒸汽连续通过,防止管壁内外温差过大,发生超越设计允许的应变。②严格控制脱氢反应器DC302的出口温度并维持其稳定,这就要求BA301过热炉操作稳定。事实证明,由于BA301炉过烧,不仅炉管受损,亦使DC302温度过高,必然增大换热器热交换负荷。③控制系统自动化是保证生产安稳长运行的重要条件,操作者必须进一步熟悉与掌握相关仪表的运作,预防事故的发生。总之,稳定工艺参数和防止温度波动,是解决问题的根本所在。
  3结语由齐鲁石油化工设计院设计,齐鲁机械厂制造的新型乙苯/蒸汽过热器,于1998年10月正式投入生产运行,设备各项技术指标均达到国外设计要求,实现了改造目标。保障高温下工作的换热器安稳长运行是维持装置长周期、少检修、高产出的重要措施。乙苯/蒸汽过热器的改造成功不仅为本企业带来了经济效益,而且为国内同类引进装置设备国产化及安稳长运行提供了成功的经验。

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